The integration of epitaxial BaTiO3 films on silicon, combining c-orientation, surface flatness, and high ferroelectric polarization is of main interest towards its use in memory devices. This combination of properties has been only achieved so far by using yttria-stabilized zirconia buffer layers. Here, the all-perovskite BaTiO3/LaNiO3/SrTiO3 heterostructure is grown monolithically on Si(001). The BaTiO3 films are epitaxial and c-oriented and present low surface roughness and high remnant ferroelectric polarization around 6 μC/cm2. This result paves the way towards the fabrication of lead-free BaTiO3 ferroelectric memories on silicon platforms.
References
1.
E.
Aksel
and J. L.
Jones
, Sensors
10
, 1935
(2010
).2.
T. R.
Shrout
and S. J.
Zhang
, J. Electroceram.
19
, 113
(2007
).3.
S. O.
Leontsev
and R. E.
Eitel
, Sci. Technol. Adv. Mater.
11
, 044302
(2010
).4.
Y. C.
Liang
, H. Y.
Lee
, H. L.
Liu
, and T. B.
Wu
, J. Cryst. Growth
276
, 534
(2005
).5.
S.
Abel
, T.
Stöferle
, C.
Marchiori
, C.
Rossel
, M. D.
Rosell
, R.
Erni
, D.
Caimi
, M.
Sousa
, A.
Chelnokov
, B. J.
Offrein
, and J.
Fompeyrine
, Nat. Commun.
4
, 1671
(2013
).6.
C.
Xiong
, W. H. P.
Pernice
, J. H.
Ngai
, J. W.
Reiner
, D.
Kumah
, F. J.
Walker
, C. H.
Ahn
, and H. X.
Tang
, Nano Lett.
14
, 1419
(2014
).7.
Z.
Li
, X.
Guo
, H. B.
Lu
, Z.
Zhang
, D.
Song
, S.
Cheng
, M.
Bosman
, J.
Zhu
, Z.
Dong
, and W.
Zhu
, Adv. Mater.
26
, 7185
(2014
).8.
R.
Guo
, Z.
Wang
, S.
Zeng
, K.
Han
, L.
Huang
, D. G.
Schlom
, T.
Venkatesan
, Ariando
, and J.
Chen
, Sci. Rep.
5
, 12576
(2015
).9.
P. E.
Janolin
, J. Mater. Sci.
44
, 5025
(2009
).10.
R.
Moalla
, B.
Vilquin
, G.
Saint-Girons
, G.
Sebald
, N.
Baboux
, and R.
Bachelet
, CrystEngComm
18
, 1887
(2016
).11.
L.
Qiao
and X.
Bi
, Phys. Status Solidi A
207
, 2511
(2010
).12.
K.
Fukamachi
, N.
Sakamoto
, T.
Ohno
, D.
Fu
, N.
Wakiya
, T.
Matsuda
, and H.
Suzuki
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
50
, 09NA03
(2011
).13.
M.
Scigaj
, N.
Dix
, I.
Fina
, R.
Bachelet
, B.
Warot-Fonrose
, J.
Fontcuberta
, and F.
Sánchez
, Appl. Phys. Lett.
102
, 112905
(2013
).14.
H.
Colder
, B.
Domengès
, C.
Jorel
, P.
Marie
, M.
Boisserie
, S.
Guillon
, L.
Nicu
, A.
Galdi
, and L.
Méchin
, J. Appl. Phys.
115
, 053506
(2014
).15.
H.
Yamada
, Y.
Tokosaki
, and A.
Sawa
, Adv. Electron. Mater.
2
, 1500334
(2016
).16.
V.
Vaithyanathan
, J.
Lettieri
, W.
Tian
, A.
Sharan
, A.
Vasudevarao
, Y. L.
Li
, A.
Kochhar
, H.
Ma
, J.
Levy
, P.
Zschack
, J. C.
Woicik
, L. Q.
Chen
, V.
Gopalan
, and D. G.
Schlom
, J. Appl. Phys.
100
, 024108
(2006
).17.
G.
Niu
, S.
Yin
, G.
Saint-Girons
, B.
Gautier
, P.
Lecoeur
, V.
Pillard
, G.
Hollinger
, and B.
Vilquin
, Microelectron. Eng.
88
, 1232
(2011
).18.
C.
Dubourdieu
, J.
Bruley
, T. M.
Arruda
, A.
Posadas
, J.
Jordan-Sweet
, M.
Frank
, E.
Cartier
, D. J.
Frank
, S. V.
Kalinin
, A. A.
Demkov
, and V.
Narayanan
, Nat. Nanotechnol.
8
, 748
(2013
).19.
L.
Mazet
, R.
Bachelet
, L.
Louahadj
, D.
Albertini
, B.
Gautier
, R.
Cours
, S.
Schamm-Chardon
, G.
Saint-Girons
, and C.
Dubourdieu
, J. Appl. Phys.
116
, 214102
(2014
).20.
T. Q.
Ngo
, A. B.
Posadas
, M. D.
McDaniel
, C.
Hu
, J.
Bruley
, E. T.
Yu
, A. A.
Demkov
, and J. G.
Ekerdt
, Appl. Phys. Lett.
104
, 082910
(2014
).21.
A. A.
Demkov
, P.
Ponath
, K.
Fredrickson
, A. B.
Posadas
, M. D.
McDaniel
, T. Q.
Ngo
, and J. G.
Ekerdt
, Microelectron. Eng.
147
, 285
(2015
).22.
A. S.
Borowiak
, N.
Baboux
, D.
Albertini
, B.
Vilquin
, G.
Saint-Girons
, S.
Pelloquin
, and B.
Gautier
, Appl. Phys. Lett.
105
, 012906
(2014
).23.
H.
Miao
, C.
Tan
, X.
Zhou
, X.
Wei
, and F.
Li
, Europhys. Lett.
108
, 27010
(2014
).24.
J. S.
Sekhon
, L.
Aggarwal
, and G.
Sheet
, Appl. Phys. Lett.
104
, 162908
(2014
).25.
G.
Niu
, G.
Saint-Girons
, B.
Vilquin
, G.
Delhaye
, J. L.
Maurice
, C.
Botella
, Y.
Robach
, and G.
Hollinger
, Appl. Phys. Lett.
95
, 062902
(2009
).26.
F.
Liu
, I.
Fina
, R.
Bertacco
, and J.
Fontcuberta
, Sci. Rep.
6
, 25028
(2016
).27.
I.
Fina
, L.
Fàbrega
, E.
Langenberg
, X.
Martí
, F.
Sánchez
, M.
Varela
, and J.
Fontcuberta
, J. Appl. Phys.
109
, 074105
(2011
).28.
S. J.
Pennycook
and D. E.
Jesson
, Ultramicroscopy
37
, 14
(1991
).© 2016 Author(s).
2016
Author(s)
You do not currently have access to this content.
